空冷器的设备布置及管道布置设计

今日推荐任亮 2018-11-09 10:52:10
    0 前言
    作为当下较为常见的热交换设备,空冷器是将空气作为冷介质进行换热,高温介质一般从管内流通,通过换热元器件与空气形成对流热交换,与传统水冷却相比,空冷器具有节水、环保的特点,可大幅降低工业废气废水的排放,且设备运营维护成本较低,其中干式空冷器具有占地小、投资少、操作简单的优势,是当下石化行业中应用最为广泛的空冷形式。从空冷器平面布置、占地、空间限制等考虑,需要加强管道布置、平台布置方面的管理。一般状况下空冷器管束分为斜顶、水平两种形式,管程包括单管程、双管程等。本文从空冷器布置方法、管道走向等进行了分析,旨在为设计工作奠定一定的理论基础。
    1 空冷设备布置分析
    1.1 避免热风循环
    空冷器是借助环境中空气进行冷却的设备,因此空气入口温度的影响极为突出,对整体换热效果具有不可低估的作用,必须加强热风循环现象的防治。从避免外界热风、高温设备影响的角度出发,空冷器一般需要布置在全年最小频率的下风向。
    对于多台空冷器进行处理中,一般是采用成组布置的方法,不可在其间留有空隙。多组同类空冷设备如果无法进行同时布置处理中,尽量将其维持在同一海拔高度,这是避免热风循环的常规举措。此外,需要引起重视的是引风式、鼓风式空冷设备运行机理不同,一般不建议混合布置,如果受场地要求等必须混合布置时,需要保证引风空冷设备的管束与鼓风设备的风扇维持在一个高度上。此外,需要将引风空冷器布置在鼓风空冷器的最小频率下风向上。
    1.2 空冷器布置及梯子平台布置的分析
    空冷器选型环节中,需考虑设备是布置在管廊之上,还是构架之上。为了保证布置合理,水平空冷器的本体方面,需要保证其构架柱脚跨度与下部支撑吻合,这对管道走向、进出口布置、平台设计等均具有积极的影响,可提高下部支撑结构受力合理性。此外,空冷器的布置中,需要对管道布置的特殊性进行分析,如塔顶和空冷器的管道连接中,需要考虑低布置的方法,避免“U”形结构的发生,还要缩减管道长度、拐弯等状况,同时竖向布置方面,需要加强塔顶、空冷器之间以及空冷器到冷换构架之间的优化。前期总体设计中,需要对管道进行全面规划,这是保证进出口管应力满足基本要求的方法。
    空冷器构架方面,需要保证其四周平台宽度在800mm~1200mm,这是从设备维护、检修便利度出发进行的设计,管箱需要在进出口位置设置对应阀门,阀门处的平台宽度需要适当加宽。且空冷平台与管箱的间距需要不低于600mm,以能看到管道阀门为基本原则。对于空冷器构架平台进行设置中,需要考虑从地面处通往平台的梯子,可采用斜梯、直梯,高度低于10m状况下可采用简单斜梯,梯子间距等设计要求需要满足行业规范。
    2 空冷器管道布置
    首先,管道的布置设计需要满足工艺规范、仪表安装要求导尿管;管道布置除了满足行业规范外,还要考虑空冷制造厂家的工艺技术条件等;管道进出口区域不可进行袋形设计;管道设计中需要考虑设备后期检修、维护等操作合理性,不可影响检修、管束吊装等。需要结合制造商基本条件等对空冷器本体进行操作、检修、进出口、管束吊装的全面分析。当空冷设备的入口管道较低时,可采用“π”形布置,这是提高管道柔性的措施。
    需要引起设计人员关注的是,鼓风、引风空冷器中,管道的布置形式存在较大差异。前者风机位于管束下端,上部空间较为宽广,可将集合管放置在上部,让其起到支撑空冷器本体构架的作用。而引风式空冷器的布置中,风机在管束上端,管束上部的风机占用了大部分空间,管道集合管、π形弯头一般需要设置在平台上端,从而起到为操作、检修人员提供平台的目的。
    2.1 防偏流
    空冷器大部分是多台成组布置。换热过程中存在气体、液体两种状态,易引发管道振动、破坏问题,从降振角度出发需要保证管道对称布置,保证空冷器流量的均一性。同时进出口管道的汇集位置不可进行变径处理,分支前的大主管道必须为直观,这是保证流体介质等流量分配、传热效果明显的基础。
    并联管道布置中,一般是一根主管、多跟分支管,空间允许的状况下,需要将管道设置成对称、相同形状的结构,这是维持流量均匀性的基础。如果配管空间不足,需要采用集合管的方法对流量进行均分处理,结合管与支管的横截面积总和的比需要维持在1.5左右。
    此外,从流体等量均分的角度出发,在空冷器分支前,可设置一段等内径的直管。如果工艺控制操作中采用阀门进行流量调节,可不考虑管线对称的设计原则,但是务必加强管内压降控制,可采用蝶阀、旋塞阀等进行处理。但是实践经验表明,阀门控制与对称管布置相比,效果较差。因此,尽量避免阀门调节阀进行的流量处理,且出口管线位置不可设置切断阀。
    2.2 应力要求及其他受力分析
    首先,管道对整个空冷设备管口、力矩的设计必须满足行业基本要求。其次,为了提高管道柔性分析,需要加强管口作用力、力矩的管理,避免其超过规定范围等状况的发生,尽量保证管道长度小、附件少。其次,考虑管道受到介质冲刷阻力的影响,需要对管道支架的位置进行合理布局设计,将其尽量设置在集合管与空冷器接口位置。外界应力、安装需求的状况下,需要避免出口集合管与空冷器管口相连。
    此外,对空冷器管道进行设计中,需要加强应力方面的详细设计,布置上必须具有高柔性的特点。相关支架的设计中,如果没有制造厂家提供的允许值,可采用API661 相关要求进行设计。为了避免空冷器管嘴压力过大等现象的发生,需保证管嘴的热涨应力、管线应力之和低于管子应力。特殊状况超过规定范围时,可采用增加管子柔性的处理方法。
    2.3 其他要求
    管道布置方面,需要预留出电缆槽,一般从风机检修平台出发,经过管廊后引入,尽量避免进出管廊位置发生交叉干涉等狀况。
    空冷器本体结构方面,需要加强工艺装置、整体框架、管廊的全面分析,一般柱脚采用栓接方法的较多。结合柱脚螺栓位置、支撑载荷等进行处理,并将相关数据及时提供给土建施工方,这是保证整体施工进度的关键。
    3 管道支架的设置
    针对管道支撑进行分析中,需要考虑空冷器入口管道的高度、长度等要素,必要时可在中间设置专门的管架和支撑结构;如果受设计条件限制,管道根数不够,可在工艺允许的状况下放大管道直径,也可以缩减专用管架等方法,这是提高支撑合理性的必要措施,但是需要引起重视的是这不是最佳措施,应该考虑尽量在不影响管束检修的前提下进行构架方面的管理。
    如果空冷器的构架尺寸过大,需要从管廊顶部进行立柱建设,并保证预留空间的充足性,实现对总管、集合管的支撑控制,必要时需要加强对管廊下部整体宽度的控制,尽量降低悬挑长度。如果管道应力可以满足基本要求,也可设置支架、焊接预埋件、支架等装置。
    结语
    空冷布置方面,需要加强流程分析、防火规范控制等要素,尽量降低热风循环、布置不当等导致的问题,同时需要结合场地大小、空间要求、布置方法等对空冷器管道等进行全面规划。
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